nové trendy 2

NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
MOTTO:
S tenčícími se zásobami efektivně dostupných tradičních paliv se pozornost stále více upírá k různým
způsobům, jak energii z ropy a uhlí nahradit. Možností je více, ale většina z nich je zatím ve srovnání
s uhlím a ropou příliš nákladná, nebo je vázána na specifické podmínky, které nejsou univerzálně
použitelným řešením. To by se však v budoucnosti mělo změnit.
ÚVOD
Pro pravidelnou aktualizaci Územní energetické koncepce města Plzně i pro tvorbu dalších
koncepčních dokumentů se ukázalo jako prospěšné sledování nových trendů v energetice v
evropském i světovém měřítku. Je pravděpodobné, že to, co je dnes ve stádiu výzkumu a vývoje bude
za delší či kratší dobu představeno jako funkční prototyp nebo dokonce již jako produkt na trhu, tedy
k běžnému využití.
Kromě technického vývoje významně ovlivňuje rozvoj nových energetických systémů i
legislativa, tedy tvorba nových směrnic Evropské unie, zákonů, vyhlášek a norem a to nejen v oblasti
technické, ale i daňové a environmentální.
Nové trendy jak v získávání, tak i využívání energie jsou sledovány především v těchto
oblastech:
- vytápění obytných budov a domácností
- domácí a kancelářské spotřebiče
- výroba elektřiny a tepla z obnovitelných zdrojů
- energie pro dopravní prostředky
- světelné zdroje
- netradiční způsoby získávání energie.
Jedním z významných trendů energetické strategie Evropské unie je cíl označovaný jako „faktor 4“,
což znamená realizovat do r. 2050 snížení stávající spotřeby energie na polovinu při zdvojnásobení
efektivnosti její výroby a přepravy ke spotřebitelům.
Faktor 4 – energetický cíl EU
2
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
VYTÁPĚNÍ OBYTNÝCH BUDOV A DOMÁCNOSTÍ
2
Nízkoenergetický dům s roční měrnou spotřebou tepla na vytápění menší než 50 kWh/m se
ve světě, díky využívání moderních stavebních materiálů a technologií, pozvolna stává standardem.
Svou roli hrají i stále se zpřísňující předpisy. I standardní domy stavěné podle současných požadavků,
spotřebují polovinu až čtvrtinu tepla na vytápění, než domy postavené před 20 lety. Nízkoenergetické
domy (NED) mají spotřebu energie ještě asi dvakrát nižší než současný standard. Stále častěji se
2
objevují nové obytné budovy se spotřebou energie pod 15 kWh/m označované jako pasivní nebo
nulové a dokonce lze realizovat i tzv. plusové domy, které vyprodukují více energie než sami
spotřebují.
Ukázky nulových a pasivních budov (zdroj: Internet)
3
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
U těchto budov se spotřeba energie na vytápění stává nepodstatnou, ale paradoxně v mnoha
případech je energetickým problémem chlazení vnitřních prostor v letních měsících. Velké zasklené
plochy je proto nutné opatřit kvalitní stínicí technikou, aby nebylo nutné osadit klimatizační jednotku,
která je energeticky náročná (výrazně by zhoršovala celkovou energetickou bilanci domu). Proto se
vyvíjí nové typy žaluzií, které dokáží usměrnit paprsky nízkého zimního slunce k energetickému využití
v domě a naopak odrážet sluneční paprsky v době, kdy je slunce vysoko na obloze. Princip je patrný
z následujících obrázků.
Vhodné moderní zastínění jako náhrada klimatizace
(zdroj: Internet)
VÝROBA ELEKTŘINY A TEPLA Z OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ
Solární energie (zdroj: Internet)
Ještě nedávno odborníci za pomoci map a grafů tvrdili,
že elektřina ze slunce u nás nemá perspektivu. A přitom,
jenom za uplynulý rok 2007, kolikrát jsme četli nebo
slyšeli o zprovoznění nových fotovoltaických elektráren
s rekordním instalovaným výkonem. Rekord byl za pár
týdnů nebo měsíců překonán vyšší hodnotou a připravují
se další projekty. Na konci roku 2007 je celkový
instalovaný výkon solárních elektráren v ČR více jak
3 MW. Zatím největší elektrárna nejen u nás, ale v celé
střední Evropě, zprovozněná v závěru roku 2007
u Jaroslavic na Znojemsku má maximální výkon
0,9 MW. Ve stádiu probíhající realizace nebo projektů je
řada dalších solárních elektráren s výkonem nad 1 MW. Lze tedy očekávat nebývalý rozmach tohoto
nového oboru podnikání.
4
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Čistá energie z pouště
(informace převzaty z článku Milana Rokose, Lidové noviny 26. 11. 2007)
Jeden z nejambicióznějších projektů posledních let slibuje něco, co zní dnes jako sci-fi: čtvrtinu
evropské energetické spotřeby by v polovině 21. století mohla pokrýt solární energie z africké pouště.
Projekt nazvaný „Čistá energie z pouště“ plánuje alžírská společnost New Energy Algeria (NEAL).
Alžířané chtějí v příštích letech vybudovat 3000 kilometrů dlouhý kabel, kterým by se sluneční energie
přiváděla z jihoalžírského města Adrar do německých Cách. Stavba by měla vést přes Itálii a
Švýcarsko a němečtí vědci odhadují, že bude stát dvě miliardy eur. Nejdříve bude převádět 6000
megawattů energie z hybridní solárně-tepelné elektrárny, později by ale mělo jít o čistou sluneční
energii. NEAL už jen čeká na souhlas obou vlád a zapojení dalších investorů.
Studie Německého centra pro letectví a vesmír zjistila, že solární elektrárny v jižní Evropě a v severní
Africe by mohly hrát důležitou roli v zajištění trvale udržitelných energetických dodávek. Ta myšlenka
je průkopnická – znamená, že během 20 až 30 let můžeme získávat část energie ze slunečních
elektráren.
(zdroj: Internet)
Kromě soukromých a alžírských zdrojů se počítá i s investicemi ze strany Evropské unie. První krok k
získávání energie ze saharského slunce už Alžířané udělali – na začátku listopadu r. 2007 položil
ministr pro energetiku Chakíb Chalíl základní kámen první hybridní elektrárny. Zařízení, které bude
kombinovat energii získanou ze zemního plynu s energií ze slunce, se staví v pouštní oblasti Hasí
R’mel. Dokončeno by mělo být na konci roku 2009. Klíčovou otázkou je samozřejmě návratnost
investic. Německý inženýr Franz Trieb, který vedl vládou financovanou studii DER, je přesvědčen, že
se sázka na saharské slunce vyplatí. Dnes vyrobí solární elektrárna kilowatthodinu za 0,14 až 0,18
eur. Když se ale ve světě postavíme elektrárny s kapacitou 5000 megawattů, cena by mohla klesnout
na 0,08 až 0,12 eur.
5
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
V Evropě již vzniklo několik velkých slunečních elektráren například v Německu nebo ve Španělsku.
Kromě toho, že je energie v nich vyrobená je příliš drahá, představují i jisté plýtvání místem. Pouště
ale zabírají ve světě 36 milionů kilometrů čtverečních, aniž by byly příliš využívány.
Itálie: první elektrárna na slunce a plyn
(Informace převzaty z Hospodářských novin 30.03.2007 )
První světová elektrárna kombinující plyn se solárním zařízením nalezne konečně praktické uplatnění.
Italové nazvali projekt Archimédes - podle antického učence. Zařízení, o které se léta silně zasazoval
nositel Nobelovy ceny za fyziku Carlo Rubbia, bude postaveno, společně italskou elektrárenskou
společností ENEL a italským úřadem pro alternativní energii ENEA, nedaleko tepelné elektrárny ENEL
v Priolo Gargallo u "Archimédových" Syrakus na Sicílii. Jedná se o investici, která překročí 40 mil. eur.
Ilustrační foto – FV elektrárna
Poté, co úřady udělí všechna nezbytná povolení, budou zahájeny stavební práce. Elektrárna má
zahájit provoz v roce 2009. Během jednoho roku bude zkonstruován modul o výkonu pěti megawattů
umožňující dodatečnou výrobu elektřiny ze slunečního zdroje, schopnou uspokojit celoroční potřeby
4500 rodin. Uspoří se tak přibližně 2400 tun nafty a sníží se emise oxidu uhličitého o 7300 tun ročně.
Archimédes je všeobecně považován za novou výzvu na poli energetických úspor a ochrany životního
prostředí. Jak přesně vypadá? Jedná se o 360 zrcadel, neboli parabolických kolektorů, které soustředí
sluneční paprsky do potrubí naplněného novou solnou tekutinou, se silnou schopností akumulovat
teplo. To umožní kumulovat vysokou teplotu během celých čtyřiadvaceti hodin. A navíc za jakýchkoliv
meteorologických podmínek. Tímto způsobem byly překonány klasické problémy spojené s
obnovitelnými zdroji energie. Nashromážděná tepelná energie produkuje páru, která je pod silným
tlakem naháněna do elektrárenských turbin a zvyšuje výrobu elektřiny. Sníží se tak spotřeba fosilních
paliv.
Práce bývalého ředitele ženevského centra CERN Carla Rubbii se během posledních let zcela
soustředila na vývoj tohoto projektu. Cení si jej i v zahraničí. Španělsko i USA chtějí tuto technologii
používat v průmyslovém měřítku a do roku 2010 má fungovat alespoň dvacet zařízení schopných
6
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
vyrábět 1200 megawattů ročně. Podle profesora Rubbii je třeba dosáhnout stavu, kdy se bude vyrábět
velké množství čisté energie, která by byla stále k dispozici za ceny konkurující fosilním palivům.
Solární elektrárna o výkonu 11 MW – jež rovněž slouží jako ukázkové spojení
čisté výroby elektřiny a zemědělství – se nachází v zemědělském kraji Alentejo
nedaleko města Serpa, zhruba 200 kilometrů na jihovýchod od Lisabonu.
Solární elektrárna se nachází na rozlehlé svažité pastvině mezi olivovými háji a
sestává se z 52 tisíců fotočlánkových modulů.( www.astro-grpr.wz.cz)
V jižním Portugalsku uvedli do provozu údajně nejvýkonnější sluneční elektrárnu na světě.
Zařízení za 78,5 milionu dolarů má celkový výkon 11 megawattů. Elektrárna je společným projektem
amerických společností GE Energy Financial Services a PowerLight Corporation a portugalské
společnosti pro obnovitelné zdroje Catavento. Elektrárna bude dodávat elektřinu pro 8000
domácností. Ročně vyprodukuje 20 gigawatthodin energie. V porovnání s fosilními palivy ušetří za toto
období 30 000 tun skleníkových plynů. (zdroj: Internet)
Solární panely na budově
Google, tzv. Googlepexu v USA.
Doposud bylo instalováno přes
90 % panelů z plánovaných
9212 ks, Konečný výkon by měl
být 1 600 kW.
7
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Organické polymery jako zdroj energie
Částečné odstranění některých problémů křemíkových článků nabídne v budoucnu využití
organických polymerů, a to hlavně díky jejich nízké výrobní ceně a vyšší mechanické odolnosti.
Důvodem jejich nevyužívání v masovém měřítku je zatím velmi nízká účinnost slunečního záření na
elektrickou energii. Nejvyšší účinnosti organických solárních článků se nedávno podařilo dosáhnout
týmu vědců pod vedením profesora Alana Heegera z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře, nositele
Nobelovy ceny za chemii. Účinnost článků dosahovala 6,5 %. Nutno podotknout, že v roce 2005 byl
rekord v účinnosti organických článků pouhá 3 %.
Články z organických polymerů mají úžasné mechanické vlastnosti, které je
předurčují k použití v mobilních zařízeních.
Zdroj: Science Magazine.
Solární energie z Měsíce už není utopií!
RNDr. Pavel Koten PhD., Astronomický ústav AV ČR - Ondřejov - www.21stoleti.cz
19. 02. 2007
V roce 2050 bude na Zemi žít kolem 10 miliard, tedy o třetinu víc obyvatel a jejich potřeba elektrické
energie bude obrovská. Odhaduje se, že oproti dnešku vzroste tři až pětkrát. Pozemské zdroje
rozhodně stačit nebudou! Najdeme potřebné zdroje ve vesmíru? Ve vesmíru je energie víc než
dostatek, neboť naše Slunce ji produkuje enormní množství. Na každý metr čtvereční plochy dopadá
ve vzdálenosti naší Země téměř 1400 W energie. Její zpracování přímo na zemském povrchu se ale
potýká s řadou problémů, ať už se jedná o obrovské plochy polí solárních kolektorů, proměnlivost
počasí či střídání dne a noci. Pokud bychom ale sluneční elektrárnu postavili mimo naší planetu,
většině těchto překážek bychom se mohli vyhnout. V úvahu přicházejí v podstatě dvě základní
varianty. S první z nich přišel už v roce 1968 Američan Peter Glaser (Arthur D. Little, Inc.), který navrhl
umístnit na geostacionární dráhu obrovskou družici, která by zde shromažďovala sluneční energii.
Druhá varianta se od té první poněkud liší. Zařízení pro zachytávání energie Slunce by se totiž mohlo
nacházet na Měsíci. Podle velkého zastánce této myšlenky, amerického fyzika Davida R. Criswella
(University of Houston), který už mnoho let za toho řešení lobuje, by tato varianta byla v konečném
důsledku výrazně levnější než solární elektrárny na oběžné dráze kolem Země. Podle názoru Davida
Criswella je proto ideálním nápadem umístění solární elektrárny na povrch souputníka naší planety. Z
8
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Měsíce na Zem by se pak energii dala vysílat ve formě mikrovlnného záření. Na povrch Měsíce totiž
dopadá 13 000 TW sluneční energie. Přitom prosperující civilizace o 10 miliardách obyvatel (v roce
2050) bude vyžadovat kolem 20 TW energie. Stačí tedy „maličkost“, využít zlomek energie, která je na
Měsíci dostupná. Autor proto navrhuje vybudovat Lunar Solar Power (LSP) System, který by se
skládal z 10 až 20 dvojic jakýchsi solárních základen. Z každé dvojice by se jedna základna nacházela
v blízkosti východního a druhá u západního okraje (při pohledu ze Země) měsíčního disku. I při
otáčení Měsíce kolem své osy by tak vždy alespoň jedna z každé dvojice elektráren byla vystavena
slunečnímu záření. Celý systém by navíc mohl být podpořen rozsáhlými poli solárních panelů,
umístěných na odvrácené straně Měsíce. Každá ze základen bude tvořena z desítek tisíc
energetických polí, rozmístěných na území tvaru elipsy. Vznikne tak jakýsi segmentovaný fázový
radar, poháněný sluneční energií. Každé pole se bude skládat ze čtyř základních komponent. V první
řadě to budou solární články, schopné shromažďovat sluneční energii a měnit ji na elektrickou. Pod
povrchem ukryté kabely ji pak dopraví do mikrovlnných generátorů, které elektrickou energii přemění
na mikrovlnné záření o patřičné fázi a amplitudě, a vyšlou ho na mikrovlnné reflektory, které jej odrazí
směrem k Zemi.
Srovnáme-li podmínky na Měsíci s
podmínkami na naší domovské planetě,
zjistíme, že není co řešit. Měsíční
varianta totiž nepřináší tak dlouhou
řadou komplikací, které by omezovaly
provoz solární elektrárny. V první řadě
zde není problém rozmístnit rozsáhlá
pole solárních panelů. Prostředí bez
atmosféry navíc prodlouží životnost
zařízení vystavěných na povrchu.
Žádný kyslík, voda, či jiné plyny
nebudou „hlodat“ na citlivých slunečních
kolektorech a vyhneme se zde i
negativnímu působení větru, deště,
ledu, prachu nebo vulkanického popela,
které by pokryly panely a snížily tak jejich efektivitu. Ani dopadu mikrometeoritů na solární články se
podle odhadu odborníků není třeba příliš obávat. A „měsícotřesení“ jsou relativně slabá. Měsíc naopak
nabízí spoustu materiálu pro vybudování lunární základny i samotných solárních elektráren. Měsíční
horniny mohou být roztaveny koncentrovaným slunečním zářením a přeměněny ve stavební materiál
pro nejrůznější použití. Prvky jako jsou křemík, hliník či železo mohou být získány z měsíční půdy a
použity pro výrobu solárních článků. Stopové prvky pro jejich obohacení budou přivezeny ze Země.
Návrhy počítají s tím, že až 90% veškerého zařízení by mohlo být vyrobeno ze zdrojů dostupných na
měsíčním povrchu. Tím pádem by se výrazně snížily náklady na dopravu materiálu ze Země. Odhady
následně hovoří o tom, že ve srovnání s energií vyráběnou družicemi na oběžné dráze, by každý
kilogram hmoty dovezené ze Země vyprodukoval až 1400krát více energie než by tomu bylo v případě
orbitální elektrárny.
Při pohledu ze Země by se energetická pole příslušné základny překrývala a vytvářela tak anténu o
průměru až 100 metrů. Mikrovlnné záření, vysílané touto „anténou“ na vlnové délce 12 cm, by pak
zachytily pozemské přijímače (rektény), které by elektrickou energií zásobovaly přilehlý region. Každý
přijímač bude tvořen rozsáhlými poli malých antén. Pokud by několik tisíc takových rektén s celkovou
plochou kolem 100 000 km2 (rozloha např. Bulharska) bylo strategicky rozmístěno kolem celé
zeměkoule, měly by být schopny dodávat tolik energie, kolik podle předpokladů bude civilizace v roce
2050 potřebovat. Jejich celková plocha bude přitom pouhých 5% plochy solárních článků, které by
bylo třeba položit na zemský povrch, aby generovaly stejné množství energie. Přijímače rozmístěné
mezi 60. stupněm severní a jižní šířky by byly v přímé viditelnosti s Měsícem zhruba po 8 hodin
denně. Jejich efektivita by navíc mohla být zvýšena flotilou retranslačních satelitů na oběžných
drahách s velkým sklonem k rovníku. Tím by mohlo být dosaženo i 24hodinového pokrytí konkrétního
místa na zemském povrchu. Celková plocha antén těchto satelitů by činila pouhé 1% plochy solárních
článků potřebných pro generování stejného množství energie na oběžné dráze Země.
9
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Mikrovlnné záření nebylo pro takový přenos energie vybráno náhodou. Narozdíl od slunečních
paprsků totiž bez problémů prochází skrz mraky, déšť, prach i kouř. Navíc by v navrženém scénáři
nemělo představovat riziko pro život na Zemi. Paprsek záření, jehož maximální intenzita by byla velmi
nízká, by „přinesl“ na každý 1 m2 povrchu přijímače energii asi 200 W. Člověk, který by se z nějakého
důvodu pohyboval přímo v paprsku mikrovlnného záření, by absorboval kolem 2% přicházející energie
a cítil by tak jen mírné teplo. Nicméně veřejnost by do oblastí přijímačů energie neměla vůbec přístup.
Mikrovlnné paprsky by rovněž neměly ohrožovat ani prolétající hmyz či ptáky. Autor studie David
Criswell se domnívá, že už nyní je lidstvo technologicky schopno taková zařízení zvládnout. Podle
jeho propočtů by demonstrační projekt solární elektrárny na Měsíci mohl začít produkovat elektrickou
energii do 10 let od svého spuštění. Jediným omezením podle jeho názoru je, jak bude lidstvo
schopno aplikovat své vynálezy a dovednosti a tím ještě více snížit cenu takto získané energie.
Nejlevnější solární články
(informace převzaty z článku Jana Horčíka 19. 12. 2007 – www.ekobydlení.eu)
Společnost Nanosolar po pěti letech vývoje začíná prodávat svůj vynález zvaný
solární film. Jednoduše řečeno se jedná o solární články natištěné pomocí
technologie připomínající klasický tiskařský lis (jinak také „tenkovrstvé solární
články“). Nanosolar je společnost, do které investovali mimo jiné i zakladatelé
společnosti Google. Solární film podle ní nabízí dosud nejlevnější solární energii.
V budoucnu hodlá Nanosolar vzít útokem takové světové giganty jako jsou Sharp
(největší výrobce solárních článků na světě) nebo BP Solar.
Solární korálky – levnější solární panely?
(informace převzaty z článku Jana Horčíka 3. 12. 2007 – www.ekobydlení.eu)
Japonská společnost Clean Venture 21 z Kjóta přišla s velmi zajímavým vynálezem. Mohl by pomoci
srazit ceny solární energie až o 50%. Japonci vynalezli nový způsob výroby solárních článků z polí
tisíců malých silikonových kuliček obklopených hexagonálními reflektory. Hlavní výhodou nového
způsoby výroby je snížení nároků na křemík, který je dnes hlavní složkou solárních článků.
“Využíváme jednu padesátinu čistého silikonového materiálu oproti klasickým
fotovoltaickým
článkům,” řekl Mikio Murozono, ředitel společnosti Clean Venture 21. První články začali Japonci
vyrábět už letos, první 10 kW modul půjde do prodeje tento měsíc.
Zprvu budou stát stejně jako jiné solární články, cena by však měla
klesat v průběhu příštího roku až o 30% díky navýšení výroby.
Cílem je být o 50% levnější než klasické solární panely v roce
2010.
www.ekobydleni.eu
10
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Největší solární elektrárna v USA
(informace převzaty z článku Jana Horčíka 2. 1. 2008 – www.ekobydlení.eu)
zdroj: metaefficient
V nevadské poušti u základny amerického letectva Nellis Air Force Base byla spuštěna největší
solární elektrárna na severoamerickém kontinentu. Fotovoltaické články generují ročně 30 milionů
KWh elektřiny a má celkový výkon 14 MW. Ročně základně ušetří asi 1 milion dolarů na poplatcích a
24 000 tun emisí. Výstavba solární elektrárny stála 100 milionů dolarů a zabrala 140 akrů půdy.
Elektrárna se skládá ze 72 000 solárních panelů, které stačí pokrýt 30% spotřeby elektřiny základny
(kde žije téměř 20 000 lidí).
11
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Vodní energie
Bezlopatkové turbíny a stroje
(informace převzaty z www.setur.cz)
Jde o poměrně nový vynález - základ myšlenky je znám asi 8 let.
Jedná se o vynález česko-slovenských autorů, zcela unikátní, s
velkým technickým, ekonomickým a vědeckým dosahem. Přesto
není princip těchto strojů doposud jednoznačně spolehlivě vědecky
objasněn. Možná i proto přistupují k tomuto principu i funkčním
výrobkům mnozí vědci, výrobci a další s určitou nedůvěrou. O co
se tedy jedná?
Bezlopatkové tekutinové stroje ( BTS ) jsou zcela nové rotační
stroje, založené na jiném principu než současné. Např. u turbín
jsou lopatky, které pomocí vody turbínu roztáčejí.
U
bezlopatkové turbíny (a princip BTS je pak obdobný všude) jde o
dva kužely - jeden větší, dutý, do kterého se zasouvá menší kužel.
Voda či jiné médium (vzduch), proudící mezi kužely, roztáčí jeden z
kuželů, jehož energie je využívána. BTS pracují ve všech obecných
viskozních tekutinách (kapalinách i plynech). K činnosti využívají
doposud neznámých jevů odehrávajících se v mezních vrstvách.
Obecně se tyto stroje vyznačují:
-
neobyčejně jednoduchou konstrukcí ( skládají se z rotačních těles )
-
velkou spolehlivostí (nemá se téměř co pokazit )
-
nízkou cenou (důsledek jednoduché konstrukce)
-
dobrou až vynikající účinností ve srovnání se známými typy turbin, zejména s ohledem na
velikost
-
možností zpracovávat velmi malé tlakové spády a velmi malá průtočná množství, při
zachování výše uvedených kladných vlastností
Uvedeme jen některé možnosti praktického využití: malé vodní elektrárny jako mikrozdroje vlastní
elektrické energie; pohon čerpadel pro závlahy i pitnou vodu, mlýnků či jiných strojů v oblastech bez
elektrické rozvodné sítě; rotační kartáče; spořiče vody - perlátory atd. Plánují se velmi zajímavá další
využití na principu BTS. Ing. M. Štěrba říká, že díky neobyčejné jednoduchosti BTS je praktický
výzkum výrazně levnější, než výzkum známých technických řešení. Využití BTS tak umožní řešit i
úkoly, které jsou dnes z ekonomických nebo technických příčin neřešitelné.
Zařízení konstruovaná na tomto principu mohou s účinností 55 až 75 % využívat malých spádů a
průtoků vody, např. od rozdílu hladin vodního toku okolo 0,5 - 1,5 metru a nebo průtoku vody turbínou
v objemu 2 - 20 litrů za sekundu. Vodní energie toků s takto malými parametry není dosud na naší
planetě téměř vůbec využívána, přestože potůčky, bystřiny a strouhy představují více než polovinu
celkového hydroenergetického potenciálu.
Princip odvalovacího tekutinového stroje je patentově chráněn (Europatent EP 10 15 760 B1).
Držitelem licenčních práv v ČR na využití patentu odvalovacího tekutinového stroje v oblasti malých
vodních elektráren na vodních tocích je fa Mechanika, s.r.o. Králův Dvůr. Na trhu je turbína nabízena
pod obchodním názvem SETUR (více na www.setur.cz).
12
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Nový typ vodního díla
(informace čerpány ze stránek www. zotloeterer.com)
Rakouský vynálezce Franz Zotloeterer vynalezl, zkonstruoval i realizoval prototyp zařízení na výrobu
elektrické energie na vodním toku. Zařízení inspirované poznatky geniálního rakouského vynálezce
Viktora Schaubergera (1885 – 1958) pracuje na principu vodního víru. Vodní vír vznikající gravitací
dokáže roztočit generátor i při malém rozdílu hladin.
(www.zotloeterer.com)
Z fotografií a výkresu, který je součástí evropského patentu č. WO2004061295, je patrná jednoduchá
konstrukce vodního díla. Zařízení je mimořádně šetrné k životnímu prostředí.
13
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Základní technická data demonstračního zařízení realizovaného v rakouském Obergrafendorfu:
-
průměrný vodní spád … 1,3 m
-
střední hodnota průtoku … 1m³/s
-
průměr betonové nádrže … 5,5 m
-
hydraulický výkon … 13 kW
-
elektrický výkon … 8 kW
-
otáčky turbíny 25 min
-
předpokládaná roční výroba cca 50 000 kWh
-1
Za toto dílo autor obdržel cenu Energy Globe Avard Kärnten 2007.
Vírová turbína (informace a ilustrační foto: Internet)
Na Vysokém učení technickém v Brně byla zkonstruována patentově chráněná turbína vyvinutá na
základně koncepce Kaplanovy turbíny. Dostala jméno "Vírová turbína", podle hydraulického projevu
za oběžným kolem, kde vznikající vodní vír působí příznivě na účinnost savky. Tento nový typ vodní
turbíny je optimalizován pro zpracování velmi nízkých spádů a relativně velkých průtoků při zachování
přijatelné účinnosti a nízké ceně. Turbína je ve fázi ověřovacích zkoušek na vodním díle. Jedná se o
zcela nové řešení vrtulové turbíny s dvoulopatkovým oběžným kolem bez rozvaděče, které je
regulovatelné změnou otáček.
14
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Větrná energie
Nové typy větrných elektráren
Podle údajů Ministerstva životního prostředí ČR by mělo na území republiky stát do roku 2010 kolem
250 až 300 větrných elektráren o celkovém výkonu 500 až 600 megawattů. To představuje zastavěné
území kolem 500 kilometrů čtverečních, což je asi rozloha poloviny Prahy. Ministerstvo nyní (listopad
2007) zpracovává metodiku, která by pomohla vybrat vhodná území.
(Zdroj: www.taawin.cz) Od r. 2005 nabízí firma TAAWIN Brno větrné elektrárny různé velikosti
konstruované podle českého patentu č. 297478 pod obchodním názvem ROSWELL. Vzhledem k
jejich konstrukci, jde o samostartující stroje, které ke svému rozběhu nepotřebují tzv. “motorický”
rozjezd a stačí jim k roztočení vlastní síla větru. Vyznačují se bezhlučným provozem, což umožňuje
umístění i v blízkosti obydlí. K plynulému nastavování lopatek je stroj řízen pomocí počítače.
www.taawin.cz
Čočkovité těleso, které má mimořádně nízké součinitel odporu vzduchu, zabezpečuje extrémně nízký
odpor celé konstrukce vůči nárazovému větru i v oblasti nebezpečných rychlostí. Těleso nevytváří
podtlakové a vztlakové efekty, není zdrojem turbulencí. Vlastní práce tělesa je založena na
bezztrátovém odporovém principu. Vlastní výkon a proporcionální řízení výkonu pohonné jednotky je
docílen lineárním zvedáním "žaber" - klapek, otvíraných, mírně zakřivených (výklopných ploch) vždy
na jedné polovině tělesa, v závislosti na směru větru a také na poloze ve které se klapky nacházejí.
Mechanický systém otevírání a zavírání je bezkontaktní a neopotřebovává se. Rotující těleso, včetně
lamel, pokrývajících zvenčí ocelovou konstrukci tubusu, je vyrobeno z vysoce odolných kompozitních
materiálů a polymerů, které lze libovolně barevně temperovat.
Při nízkých rychlostech větru lze docílit zvýšení výkonu paralelním otevíráním spodních klapek.
Rotující části lze stavět až v počtu 3 ks nad sebe, přičemž prostřední těleso rotuje v protisměru.
Povrch kotouče lze opatřit, na ploše téměř 23 m čtverečních, fotovoltaickým kobercem-folií. V
takovém provedení jde o větrnou elektrárnu, která je schopna vyrábět elektrický proud i když nefouká
vítr a stroj stojí. V extrémních větrných situacích lze pouhým zavřením všech klapek stroj bezpečně
zastavit v jakémkoliv režimu a plynulou elektronickou regulací odporových klapek lze odebírat
požadovaný elektrický výkon i při extrémních rychlostech větru zcela bezpečně, proces může být plně
automatický. Roswell je konstrukcí Jana Tauše. Po zavedení sériové výroby lze očekávat, že cena
nebude vyšší, než stroje klasické konstrukce a srovnatelného výkonu. Ve firmě Taawin Brno se již
připravuje výrobní základna pro vlastní produkci strojů, zhotovují se první prototypy pro výstavní účely.
-1
Předpokládané parametry zařízení o průměru talíře 5 m s 12 „žábrami“ jsou: počáteční rychlost 2 ms ;
-1
-1
-1
-1
Výkon při 3 ms … 1 kW, při 6 ms … 3 kW, při 12 ms … 8 kW a při 15 ms … 10 kW. Celková výška
zařízení 20 m.
15
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
(informace převzaty z článku Jana Horčíka 6. 12. 2007 – www.ekobydlení.eu)
Anglická společnost Quiet Revolution začala nedávno s produkcí speciálních větrných elektráren QR
5. Tyto větrné turbíny jsou určeny především pro do městské zástavby, kde je rychlost větru nižší a
směr se často mění. Turbíny zcela nové konstrukce jsou tišší, ale zároveň stále velmi výkonné.
Nejsou vybaveny klasickými vrtulemi, ale konstrukcemi ve tvaru šroubovice. QR5 jsou pět metrů
vysoké, chystá se ovšem i 12m vysoká QR12 a menší QR2.5 vysoká 2,5 m. QR12 by měla generovat
40 000 až 50 000 kWh ročně. Mezi první zákazníky patří
architekti, stavební společnosti, ale i města a vesnice, nebo
například společnost Mercedes – Benz.
Zařízení na obrázcích pohání generátor o elektrickém výkonu
-1
6 kW. Pracuje při rychlostech větru od 4 do 16 m.s . Není
závislé na směru větru (nepotřebuje tedy natáčecí zařízení).
První instalace větrné elektrárny QR 5 v anglickém Berkshiru
NÍZKOEMISNÍ TECHNOLOGIE SPALOVÁNÍ FOSILNÍCH PALIV
ČEZ zvažuje dvě lokality pro moderní nízkoemisní technologie – Hodonín a severní Čechy
(informace převzaty z www.cez.cz 11. 7. 2007 a Hospodářských novin, 18. 6. 2007)
Zachycování a ukládání CO2 pod zem má být v celosvětovém měřítku v budoucnu jedním ze způsobů
boje proti globálnímu oteplování.
Plánem ČEZ je zapojit se do projektu výstavby demonstračních nízkoemisních jednotek (Zero
Emission Power Plants) v rámci Evropské unie. Celkem se počítá s výstavbou 10 – 12 jednotek, ČEZ
se chce zapojit formou výstavby alespoň jedné z nich na území ČR. Jejich uvedení do provozu je
plánováno v období let 2012 – 2015. Tyto jednotky by měly sloužit především pro ověření praktického
fungování nejnovějších nízkoemisních technologií a s jejich nasazením jsou spojeny značné náklady.
Širší komerční aplikace těchto technologií je očekávána po roce 2020.
V současnosti jsou zvažovány dvě lokality – severní Čechy (kde se plánuje výstavba nových
moderních hnědouhelných bloků) a jihomoravský Hodonín. Obě možnosti mají pravděpodobně
16
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
potenciál pro aplikaci kompletní technologie CCS (Carbon Capture and Storage). ČEZ zvažuje i
možnosti zapojení do dalších potenciálních projektů demonstračních jednotek v zahraničí v rámci
mezinárodní či bilaterální spolupráce
energetyka.blogspot.com
Varianta CCS v severních Čechách
Potenciální výhodou je velký instalovaný výkon (přibližně 660 MW) a vysoká čistá účinnost
elektrárny (přes 42 %, bez oddělování a ukládání CO2).
Úvodní data naznačují možnost ukládání CO2 do geologických struktur v regionu (hluboké
sedimentární zvodně).
Projekt by navazoval na tradici výroby energie v regionu a přinesl by do regionu projekt
evropského významu.
Možné nevýhody vyplývají z případných prostorových omezení, umístění zdroje a skutečných
možností ukládání CO2.
Varianta CCS v Hodoníně
Existuje zde potenciál pro ověření oddělení CO2 ze spalin z fluidních kotlů. V elektrárně se
navíc mimo lignitu spaluje biomasa (jen za rok 2006 se zde z biomasy vyrobilo přes 18 000
MWh).
V blízkém okolí se vyskytují vytěžené uhlovodíkové struktury, které představují potenciálně
vhodné prostředí pro uložení CO2.
Možné nevýhody spočívají v menším instalovaném výkonu elektrárny (105 MW) a ve
spalování méně kvalitního paliva a pokračování těžby lignitu (místní lignit).
ČEZ je zapojen do mezinárodních výzkumných projektů v oblasti nízkoemisních technologií už nyní.
Je například účastníkem projektu GeoCapacity primárně financovaným Evropskou komisí, jehož cílem
je hledání podzemních kapacit pro ukládání CO2 ve střední a východní Evropě. Dále se ČEZ účastní
práce v různých pracovních skupinách v rámci celoevropské technologické platformy pro nízkoemisní
zdroje.
17
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
VODÍK
V první fázi vzhlíží konstruktéři k vodíku především jako k palivu (resp. přenašeči energie) pro
dopravní prostředky. Proto v současnosti většina velkých světových automobilek vyvíjí a testuje
automobily poháněné vodíkem. Vývojáři se vydávají několika směry. Jedni se drží klasických
spalovacích motorů, které za více jak 100 let vývoje dosáhly vysokého stupně dokonalosti. V tomto
případě ale musí být ve vozidle poměrně objemná vodíková nádrž. Druzí sázejí na palivové články, ve
kterých se z vodíku vyrábí elektrická energie. Vozidlo je tedy elektromobil, kde byly akumulátory, jako
zdroj elektrické energie, nahrazeny palivovým článkem. V obou případech musí vozidla doplňovat
vodík vyrobených pomocí jiných energetických zdrojů. Ideální by bylo doplňovat do vozidel pouze
vodu a potřebné množství vodíku si vyrábět k okamžité spotřebě přímo ve vozidle.
Teoreticky jsou již palivové články dokonale propracované. Jejich masové zavedení si ale vyžádá
stavbu nových továren a designeři budou muset připravit zcela nové koncepty vozidel. Není tedy příliš
pravděpodobném, že by se vozy s palivovými články výrazněji prosadily na trhu před rokem 2015
(i když výrobci již testují řadu velmi nadějných prototypů). Největším nedostatkem zatím zůstává asi
10-krát vyšší cena, ale ta určitě výrazně poklesne. Je to podobné, jako s počítači: Jejich výkon se v
posledních letech zmnohonásobil a přitom procesory jsou dnes 10-krát levnější…
Dnes se vodík využívá jako surovina pro chemický průmysl a jeho roční spotřeba se pohybuje kolem
3
600 miliard m . Přitom 80 % z tohoto množství se získává z fosilních paliv. Perspektivní je velkovýroba
vodíku elektrolýzou vody, ale je zapotřebí, aby elektrický proud pro elektrolýzu pocházel z
obnovitelných zdrojů energie. Vedle solární nebo větrné bychom neměli opomíjet ani energií z
jaderných elektráren. Na popud komise EU vzniklo grémium European Hydrogen and Fuel Cell
Technology Platform, jež na vývoj evropského energetického systému na bázi vodíku dostalo pro
příštích deset let k dispozici 2,8 miliardy eur (cca 78 miliard korun).
První vodíkovou čerpací stanici v ČR vybuduje Linde Gas
http://technik.ihned.cz 12. 11. 2007
Koncern Linde se velmi intenzivně zabývá využitím vodíku. Dlouhodobě úspěšně spolupracuje na
výzkumných projektech na podporu vodíkového pohonu pro automobily, a jejich výsledkem je mimo
jiné výstavba čerpacích stanic na vodík pro automobily a autobusy, které vodík používají jako palivo.
Linde zde využívá své know-how v mnoha oblastech týkajících se vodíku od výroby přes
zkapalňování, dopravu a uskladnění až po jeho využití. Nyní přibude "čerpací stanice budoucnosti" i v
ČR.
Linde Gas v říjnu r. 2007 uzavřel s Ústavem jaderného
výzkumu v Řeži smlouvu o dodávce první vodíkové
čerpací stanice na území České republiky, která bude
vybudována v Neratovicích. Linde Gas dodá čerpací
stanici na vodík typu H2 450-20-20 HB, která dokáže
plnit vozidla plynným vodíkem o tlaku 300 bar. Tato
stanice představuje osvědčené a vysoce výkonné
zařízení na čerpání vodíku. V současné době je již
mimo jiné v provozu ve třech městech, která se
podílejí na celoevropském projektu CUTE (Clean
Urban Transport for Europe) - v Amsterdamu,
Barceloně a Portu. Podobné čerpací stanice jsou
umístěny i přímo ve výrobních závodech několika
evropských automobilek.
Linde Gas bude také instalovat zásobník na vodík a příslušné rozvody, provede veškeré stavební
činnosti a bude dodávat i samotný vodík. Předpokládaný termín předání stanice do provozu je listopad
2008. Výstavba čerpací stanice v Řeži není náhodná - Ústav jaderného výzkumu se dlouhodobě
zabývá podporou vodíkového hospodářství. Je zakládajícím členem České vodíkové technologické
platformy, v jejímž rámci probíhá mj. vývoj a realizace vodíkového autobusu - největší a
nejvýznamnější projekt zaměřený na přenos výsledků z laboratoří a dílen do běžného života.
18
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Honda uvedla domácí vodíkovou stanici
(informace převzaty z článku Jana Horčíka 27. 11. 2007 – www.hybrid.cz)
Ve spolupráci s uvedením vozu Honda FCX Clarity na palivové články představila automobilka Honda
také domácí energetickou (vodíkovou) stanici pro dobíjení palivových článků a generování energie.
Jedná se již o čtvrtou generaci tohoto zařízení, které zpracovává zemní plyn a přeměňuje jej na teplo
a elektřinu. Dokáže tedy nejen dobít palivové články vašeho auta, ale také ohřívat vodu, produkovat
elektřinu, případně vytápět dům. Pořád se ale ještě jedná o experimentální zařízení. Reálné nasazení
podobných stanic se očekává nejdříve kolem roku 2015. Podstatným způsobem by se tím urychlilo
budování infrastruktury potřebné pro provoz aut na vodík.
http://www.hybrid.cz/
Jak "křečkovat" vodík
(informace převzaty z článku Martiny Otčenáškové 21.03.2007 www.rozhlas.cz)
Nanotechnologové z ruského Institutu aplikované mechaniky prozkoumali vlastnosti nanostruktur,
které by v budoucnu mohly uchovávat plynný vodík.
Vodík považují odborníci za jeden z energetických zdrojů budoucnosti. K jeho uchovávání a transportu
se v současnosti používají různé typy zásobníků. Ty však dokáží pojmout jen takové množství vodíku,
které odpovídá 5 až 6 % hmotnosti zásobníku, což je pro komerční aplikace zcela nedostatečné. S
rozvojem nanotechnologií se objevily různé nanostruktury, které dokáží absorbovat různé druhy plynů.
Množství plynu, které nanosystém dokáže uchovávat, závisí na absorpčních vlastnostech materiálu,
okolní teplotě a tlaku.
Mezi materiály, které se v nanotechnologiích často používají a jsou vhodné k uchovávání vodíku, patří
takzvané fulereny, což jsou sférické struktury složené z desítek uhlíkových atomů. Výzkumníci z
ruského Institutu aplikované mechaniky tvrdí, že jejich absorpční vlastnosti zatím nejsou prozkoumány
v dostatečné míře. Sledovali proto proces absorpce plynného vodíku na fulereny a jim podobné
uhlíkové struktury za různých tepelných a tlakových podmínek. Cílem bylo nejen stanovit
termodynamické parametry celého procesu, ale také zjistit, za jakých podmínek dokáží tyto
nanostruktury stabilně uchovávat vodík.
Ukázalo se, že pro uchovávání vodíku jsou uhlíkové struktury podobné fulerenům vhodnější než
samotné fulereny. Rozdíl je dán otevřeným vnitřním povrchem uhlíkových struktur, který zvyšuje
možnosti absorpce. Při teplotě 60 kelvinů (-213,15 stupňů Celsia) a tlaku 10 MPa dosahovalo
množství vodíku absorbovaného na tyto struktury 13,6 %. Podle autorů experimentu se proto jedná o
slibnou technologii uchovávání plynů.
19
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Záplava vodíku ze škrobu
(informace převzaty z článku Jaroslava Petra 23. 5. 2007 - www.osel.cz)
Bez kvašení, bez tvrdé chemie. Jen s enzymy propůjčovanými v přírodě vyrábějí američtí vědci
celkem lacino velké množství vodíku.
Percival Zhang Virginia Tech
„Budeme jezdit na vodík!“ tvrdí optimisté. „Jen co vyřešíme čtyři kardinální problémy: výrobu,
skladování, distribuci a spalování tohoto plynu,“ tvrdí škarohlídi (nebo spíše realisté?)
Tým amerických vědců vedený Percivalem Zhangem z Virginia Tech v Blacksburgu otevřel cestičku k
řešení prvního problému. Metodami syntetické biologie dosáhl produkce vodíku z vody a škrobu při
teplotě 30°C, za atmosférického tlaku a za p řekvapivě nízkých výrobních nákladů.
Zhang a jeho kolegové dali dohromady 13 enzymů pocházejících z živočichů, rostlin, bakterií i hub,
které se v přírodě nikde nenacházejí na jednom místě a tudíž nemohou působit ve vzájemné souhře.
Dosáhli produkce vodíku, který zdaleka překovává anaerobní biologickou fermentaci. Škrob se
rozkládá na vodík o oxid uhličitý. Cena výroby jednoho kilogramu vodíku dosahuje zhruba 2
amerických dolarů.
Stávající metody produkce vodíku trpí řadou
nectností. Chemické metody vyžadují
vysokou teplotu (500 až 900 K) a stejně mají
nízkou účinnost. Biologické metody se
pochopitelně obejdou bez tak vysokého
záhřevu, ale co do výtěžnosti také nijak
neomračují. Nová metoda Zhangova týmu
dokáže vyždímat z jediné molekuly glukózy
vzniklé rozkladem škrobu dvanáct molekul
vodíku. Klasické anaerobní kvašení zvládne
jen 4.
Schéma chemické reakce s použitím enzymů
20
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Auto na palivový článek a dojezd přes 450 km
(Informace převzaty z článku Jana Fialy 22. 5. 2007 - www.auto.auto-news.cz)
Foto: General Motors
Zvláště ve slunné Kalifornii jsou stále populárnější automobily s ekologickým pohonem a tedy nízkými
nebo dokonce nulovými emisemi škodlivin, a to proto, že jsou zatíženy výrazně nižšími daněmi.
Automobilka General Motors proto představila svůj model Chevrolet Sequel v modifikaci, která jako
pohon využívá palivový článek. Chevy Sequel je prvním vozem s tímto typem pohonu, který má
dojezd
300
mil
(zhruba
480
km)
na
jedno
natankování
vodíkové
nádrže.
Jako palivo do palivového článku je použit vodík, který je vyráběn hydroelektrárnou na Niagarských
vodopádech. Proto lze říci, že jde o exkluzivní obnovitelný zdroj energie, který při použití navíc
nezpůsobuje
žádné
emise
skleníkových
plynů,
především
pak
oxidu
uhličitého.
Chevy Sequel tak slouží i jako důkaz, že dokonce i automobily mohou být provozovány ekologicky,
aniž by zatěžovaly životní prostředí. Také slouží jako vize budoucnosti a snižují závislost lidstva na
ropě, což je především v Americe velmi citlivé téma posledních let.
Chevrolet Sequel byl představen v roce 2005 na americké autoshow NAIAS v Detroitu. Na podzim
loňského roku pak vznikla verze s pohonem vodíkovým článkem. Jde o první vůz na světě, u kterého
se podařilo integrovat systém pohonu vodíkovým palivovým spolu se širokým spektrem pokročilých
technologií, jako elektrické ovládání řízení i brzd, elektromotory integrované do kol, lithium-ionové
baterie nebo nízkohmotnostní strukturu karoserie vozu z hliníku. Jako pohonná látka je používán
vodík, takže jedinou emitovanou látkou je čistá voda. Vůz tedy nevypouští při provozu do ovzduší
žádné skleníkové plyny. Přitom jde o první automobil tohoto typu, který je připraven na nástrahy
běžného provozu a který přitom umožňuje takřka běžné použití i pro delší cestování.
Jako důkaz použitelnosti absolvoval Chevrolet Sequel trasu o délce 300 mil, která vedla státem New
York. Start trasy byl ve středisku General Motors, které se zabývá vývojem pohonu pomocí palivového
článku a které má sídlo v Honeoye Falls. Vozu Sequel se skutečně podařilo ujet na jediné
natankování celou trasu a úspěšně protnout po 300 mílích cílovou čáru v městečku Tarrytown.
21
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Laboratoř na vývoj palivových článků v Ostravě
(informace převzaty z článku Rostislava Jančara 11. 6. 2007 www.technet.idnes.cz)
Mikrokogenerační palivové články mohou v budoucnu běžně sloužit jako zdroj energie pro rodinné
domky. Vývoj těchto článků byl dnes zahájen v nové laboratoři v Ostravě. Články produkují elektrický
proud a teplo s mnohem vyšší účinností, než dnešní běžná zařízení.
Vývojem mobilních prostředků, které využívají vodíku jako energetického nosiče a stacionárních
jednotek pro mikrokogeneraci (kogenerace = společná výroba tepla a el. energie) v rodinných
domcích, se bude zabývat dnes otevřená laboratoř palivových článků (LPČ) VŠB -TUO v Ostravě.
Cílem dalšího vývoje v LPČ je zejména snížení nákladů na pořízení palivového článku pro mobilní a
stacionární jednotky. Poté se stane palivový článek vhodným zdrojem energie zejména i pro malé
stavby a rodinné domky i přes vyšší pořizovací cenu. Pořízením palivového článku získáte vlastní
zdroj elektrické energie a také tepla. Jeho uživatel ušetří za nákup energie.
O vývoj cenově akceptovatelného a spolehlivého palivového článku vhodného pro automobily, který v
laboratoři také probíhá, se zajímají nejen samotné automobilky, ale také subdodavatelské firmy.
Jako palivo pro palivové články je nejvhodnější vodík.
Jenže ten je vysoce výbušný. Navíc jeho skladování není
jednoduché.
Proto
se
používají
pro
palivové
články také paliva obsahující vodík (metan, zemní plyn,
etanol), který se musí uvolnit reformovacím procesem.
Hlavní předností palivového článku je, že dokáže přeměnit
palivo
obsahující
vodík,
např.
zemní
plyn,
na elektrickou energii s asi 60 až 70% účinností. Při
využití tepla se zvýší energetická účinnost na 80%.
Spalovací motor přitom dokáže využít tuto energii jen
z 30 až 40%.
Na internetu již lze nalézt řadu konceptů osobních vozidel i autobusů, jejichž zdrojem pohonu jsou
vodíkové palivové články. Jedním z nich je i tato atraktivní Toyota.
22
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
OSVĚTLENÍ
Žárovky skončí, za pár let budou zakázány
(informace převzaty z článku Jana Tučka 28. 5.
2007 www.aktuálně.cz)
Začala to Kalifornie: od ledna tu projednávají návrh
zákona, podle něhož by do roku 2012 byly zakázány
žárovky. Stejný úmysl vzápětí oznámila Austrálie,
ovšem se zákazem už v roce 2010. Navázala britská
vláda, která chce zrušit žárovky v roce 2011. A plán
na vyřazení žárovek začíná tento měsíc oficiálně
projednávat i Evropská komise. Žárovka prostě
začíná mít namále.
Ilustrační foto.
Zdroj: Wikipedia Commons)
128 let uběhlo od chvíle, kdy všestranný vynálezce
Thomas Alva Edison představil funkční systém
vlákna žhaveného elektřinou, které ve vakuové baňce vydává světlo. Koncem 19. století to byl průlom,
který postupně vnesl světlo do nočních ulic i domovů. Dnes však vadí, že v průměru jenom pět
procent dodávané elektřiny se v žárovce mění ve světlo. Plných 95 procent spotřebované energie
neužitečně uteče jako teplo.
Taková neefektivnost se nelíbí ve světě, který chce omezovat pálení ropy a uhlí v elektrárnách, aby
vzniklým oxidem uhličitým nepřispíval k oteplování planety. Proto ony připravované zákazy žárovek.
Ilustrační fota. Zdroj: Wikipedia Commons)
Ilustrační foto.
Autor: Ludvík Hradilek
23
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Solární stromy
(informace a fotografie převzaty z článku Jana Horčíka 1. 11. 2007 –www.ekobydleni.eu)
Problematika veřejného osvětlení trápí dnes ponejvíce asi amatérské astronomy, přitom je ale věcí
každého obyvatele evropských měst a vesnic. Pouliční lampy totiž spotřebovávají nezanedbatelnou
část elektrické energie (v roce 2006 to bylo 10% veškeré elektřiny v Evropě, tedy 2 biliony KWh, což
znamená emise 2900 milionů tun CO2). Průmyslový designér Ross Lovegrove přišel s nádherným
nápadem na tzv. “solárními stromy”, které řeší veškeré problémy současného veřejného osvětlení.
Solární strom prostě “zasadíte”, ale není potřeba k němu draze a složitě přivádět podzemím dráty s
elektřinou. Je vybaven solárními panely, které nabíjejí baterie a ty zase napájejí LED diody osvětlující
své okolí. Světelné znečištění je, narozdíl od klasických lamp, minimální. Navíc solární stromy samy
dokáží detekovat východ a západ slunce, takže se zapínají a vypínají podle potřeby. Během října bylo
několik solárních stromů na ukázku “vysazeno” ve Vídni a podle všeho zaznamenaly velmi dobrý
ohlas.
www.ekobydleni.eu
24
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Solární hybridní osvětlení
(informace a fotografie převzaty z článku Jana Horčíka 4. 12. 2007 –www.ekobydleni.eu)
Solární hybridní osvětlení se stává novým hitem mezi firmami
v Kalifornii. Kalifornie je obecně známá svou vedoucí pozicí
mezi americkými “zeleně myslícími” státy. Solární hybridní
osvětlení propaguje společnost Sunlight Direct. Jedná se o
náhradu klasických žárovek uvnitř budov. Sluneční světlo je,
zjednodušeně řečeno, na střeše budovy zachytáváno
obrovským talířem a následně “přesměrováno” dovnitř
budovy, kde je rozváděno pomocí optických kabelů. Zrcadlo
dokonce vyfiltruje ultrafialové a infračervené záření.
Zachycené světlo má také psychologický efekt, protože se
jedná o “skutečné” denní světlo. Firma Sunlight Direct chce
své zařízení brzy začít prodávat také domácnostem.
www.ekobydleni.eu
NETRADIČNÍ ZDROJE ENERGIE
Cukrové palivové články na obzoru
(Článek Petra Bendy převzat z www.pdasoft.cz 24. 3. 2007)
V souvislosti s palivovými články, které mají v budoucnu nahradit současné li-on baterie,
se většinou mluví o alkoholu, nicméně ze hry není ani cukr. Jednoho dne se tak možná
dočkáme toho, že si v případě vybitého telefonu koupíme nějaký ten nealkoholický nápoj,
něco natankujeme do telefonu, a zbytkem se posilníme sami. Vědci ze Saint Louis
University v Missouri vyvinuli v rámci projektu financovaného americkým ministerstvem
obrany palivový článek čerpající energii prakticky z jakéhokoli zdroje cukru. Článek vydrží na jedno
nabití 3x až 4x déle než běžné lithium-iontové baterie. Kdo už se těší na to, že bude svůj smartphone
nebo notebook živit stejně jako živí sám sebe (například Coca-Colou), ten si bude muset na komerční
nasazení této technologie počkat ještě tři až pět let. Zatím se totiž jedná pouze o technologickou
demonstraci a jediným praktickým výsledkem bylo experimentální použití cukrového palivového
článku o velikosti poštovní známky pro napájení malé kalkulačky.
Vědci rozsvítili žárovku bez drátů
(www.novinky.cz - ČTK 10.6. 2007)
Americkým vědcům z Massachusetts se podařilo rozsvítit 60wattovou žárovku, které dodali energii
bezdrátovou cestou. Ukázali tak, že se přiblížila doba, kdy bude možné napájet mobilní telefony a
další zařízení bez připojení kabelem do sítě. O úspěchu amerických vědců informuje Science
Express, což je internetové vydání odborného časopisu Science.
Bezdrátové zásobování energií není nic nového. Ale jeho širší využití se dosud považovalo za
neefektivní, protože elektromagnetická energie vydávaná nabíjecím zařízením by zářila do všech
směrů. Profesor fyziky Marin Soljačič vysvětluje, jak lze přenášet energii speciálně vyladěnými vlnami.
Klíčové v tomto případě je vyladit vlny nabíječky a přístroje na stejnou frekvenci a umožnit jim efektivní
výměnu energie. Je to podobné, jako když například operní zpěvák dokáže rozbít vinnou sklenku jen
tím, že jeho hlas rezonuje na stejné frekvenci jako nádoba.
25
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
V podstatě jde o základní fyzikální princip, kterého chtěl využít Nicola Tesla před více než sto lety,
když nechal postavit na Long Islandu vysokou věž, jež měla bezdrátově šířit energii. Američtí vědci
tento princip nyní realizovali v praxi. Rozsvítili 60wattovou žárovku, která byla vzdálená od zdroje
energie dva metry.
"Bylo to vzrušující," řekl Soljačič. Tento proces se dá snadno opakovat. Můžeme jít prostě do
laboratoře a udělat to, kdykoli budeme chtít." Zvyšují se tak naděje, že se budeme moci v našem
přeelektrizovaném světě zbavit některých kabelů. Nebudou také třeba baterie a zmizí s tím související
toxické chemikálie. Než k tomu ale dojde, bude muset technika ujít ještě kus cesty.
Systém, který vyvinuli američtí vědci, je účinný tak ze 40 až 45 procent, což znamená, že většina
energie ze zdroje se do žárovky nedostane. Jednou z nevýhod je, že měděné cívky, které přenášejí
energii, jsou téměř 60 centimetrů dlouhé, a lze je tedy těžko použít třeba do laptopů. Bude třeba
zvětšit dosavadní dvoumetrový dosah tak, aby napájecí zařízení mohlo automaticky dodávat energii
všem přístrojům v místnosti. Podle Soljačiče jsou všechna tato zlepšení na dosah. Dalším krokem ve
výzkumu bude rozsvítit něco většího než jen žárovky, třeba laptop.
Američtí vědci tvrdí, že jejich proces je zcela
bezpečný pro lidi a všechny živé věci. Při prvních
pokusech s rozsvěcováním žárovky se nijak
nepoškodily mobilní telefony, elektronická zařízení
ani kreditní karty v místnosti. Je to však třeba ještě
dále prozkoumat.
Bakterie, které rozsvítí žárovku
(www.perun.cz 29.04.2005)
Zařízení vyrábějící elektrickou energii ze splašků
vytvořil tým z Pensylvánské státní univerzity. Vědci
použili jen bakterie, které se běžně vyskytují v
kanalizaci. Mikroorganismy při "požírání" organických
látek v odpadní vodě uvolňují elektrony a vodíkové
ionty. Vědci tento fakt využili a sestavili
mikrobiologický palivový článek. Ten zároveň čistí vodu a vyrábí elektřinu.
"Úžasné" bakterie přitom žijí na dosah ruky. Vědci palivový článek prostě ponořili do odpadní vody a
bakterie po nabízené příležitosti samy skočily. Nová technologie se prudce rozvíjí. Před dvěma lety
dokázal tým z 1 m2 získat desetinu wattu. V době, kdy se rozhodli výsledky zveřejnit, výkon zvýšili na
70 W. Než zpráva vyšla v tisku, dosáhli dalšího zlepšení: na 350 W. "Naším cílem je 500 - 1000
wattů," říká šéf týmu Bruce Logan. Možnosti vynálezu nejsou ještě plně využity. V dubnu vědci
uveřejnili zprávu, že pomocí mikrobiologického článku dokáží vyrábět vodík. Ten představuje
perspektivní náplň do ekologicky šetrných palivových článků.
Výroba vodíku s pomocí bakterií je levná. Stačí na ni 10krát méně energie než na elektrolýzu, tedy
rozklad vody na kyslík a vodík pomocí elektřiny. Výhodou je i to, že upravené bakterie vyrábí vodík v
malém množství, zato nepřetržitě. Snadno výbušný vodík se proto nemusí skladovat.
A využití "víceúčelového" palivového článku? Hlavně v čističkách odpadních vod. S novým zařízením
by dokázaly kromě své primární funkce vyrábět více elektřiny, než samy spotřebují. V USA se na
čištění splašků ročně vydá 25 miliard dolarů. Technologie by mohla náklady snížit o 90 procent. Malé
čističky vyrábějící proud mohou pomoci také zemím třetího světa. "I kdyby dodávala proud jen pro
antény mobilní sítě, byl by to důvod udržet čističku v chodu," říká Bruce Logan. V tomto případě se
ohledy na životní prostředí vyplatí. Mikrobiologický palivový článek využijí i zemědělské závody s
živočišnou výrobou, které odpadem i zápachem obtěžují okolí. Můžeme tedy jen litovat, že "na světě
patrně není dost biologického odpadu, aby stačil potřebám světové ekonomiky", dodává Logan.
26
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Výkaly skotu jako součást palivových článků
(informace převzaty z článku Josefa Pazdery 3. 9. 2005 - www.osel.cz)
Většina z nás si pod představou využití výkalů vybaví hnojení pozemku, nebo anaerobní rozklad v
tancích za vznik plynů, které se následně spalují v hořácích k ohřevu užitkové vody, a nebo bioplyn
pohánějící spalovací motory. Nové poznatky svědčí i o jiné možnosti zužitkování exkrementů - v
palivových článcích k výrobě elektrické energie.
Nová studie na využití výkalů vychází z poznatku, že vhodným nástrojem k výrobě
elektřiny mohou být některé z mikroorganismů vyskytující se v předžaludcích skotu.
Nálevníci bachořci, jak se tito mikrobi nazývají, jsou specializovaní na rozklad
celulózy a ve spolupráci s houbami a bakteriemi, když se jim předhodí vhodné
krmivo jako je sláma, jsou schopni vyprodukovat čistou energii. Napětí takového
palivového článku na bázi mikroorganismů z bachoru není sice nic moc, dosahuje
pouhých 600 milivoltů, to je pro představu jen polovinu napětí, které poskytuje
takzvaná dobíjecí tužková baterie (AA článek). Nicméně to ale zase není tak pesimistický údaj, jak by
se na první pohled mohlo zdát. Články, jak známo, lze řadit do série, a tak se lze vhodným opatřením
dobrat optimističtějších napěťových hodnot.
Produktem bakteriálního metabolismu jsou plyny jako jsou oxid uhličitý, sirovodík, vodík a celá řada
dalších plynů. Tyto plyny vznikají za předpokladu, že se vše děje bez přístupu vzduchu. Mikroby
vyskytující se v předžaludcích přežvýkavců jsou anaerobní tvorové a kyslík ke své činnosti nevyžadují.
Zmínění mikrobi produkují smradlavý plyn, v němž je také vodík a právě na něm si princip palivového
článku přiblížíme. Základem palivového článku je získávání elektronů, které se „chytají do pasti“. Je to
vlastně jakési „spalování“ plynů, od kterých se elektrony získávají, aniž by tyto plyny hořely. Palivo
(vodík), se přivádí na kladnou elektrodu (anodu), kde se oxiduje (ztrácí elektron). Kyslík
(okysličovadlo) přichází na elektrodu zápornou (katodu) a podléhá tam redukci (přijímá elektron). V
elektrolytu mezi oběma elektrodami se reakční produkty mísí a vzniká voda.
I když jsme si princip vysvětlili na vodíku, jak jsme na začátku řekli, palivový článek pracuje i s dalšími
plyny a sloučeninami, nejen s vodíkem. V palivovém článku lze například zužitkovat methanol, oxid
uhelnatý, uhlovodíky jako je propan, bioplyn, a jako perličku lze uvést, že se podařilo vyvinout i
palivový článek který přímo spaluje uhlí, pokud jej rozemelete na prach s velikostí zrnek jeden
mikrometr. Největší rozdíl mezi klasickým spalováním a „spalováním“ v palivovém článku je ten, že při
tom klasickém se uvolňuje energie ve formě tepla a můžete se popálit, zatímco v palivových článcích
se elektrony lapají na elektrodu a odvádějí se pryč ve formě čisté energie – energie elektrického
proudu. Podle výzkumníků pracovaly palivové články na principu výkalů déle než měsíc, aniž by
přitom došlo k poklesu jejich napětí. Na elektrodách článku vědci naměřili maximální výstupní napětí
0,58 voltů. Není to sice moc, ale když uvážíte, že k tomu stačil obyčejný kravinec…
Nové na jejich pokusech je to, že se jim daří zužitkovat obtížně rozložitelnou vlákninu - slámu, které je
na farmách dost, a je prakticky odpadem vznikajícím při pěstování obilí. Dokonce lze takto využít i
zbytky vlákniny, které zvířata vylučují ve formě exkrementů. Vědcům se to vše daří jen díky vhodné
spolupráci, přičemž největší část práce v tomto případě vykonávají nálevníci bachořci a bakterie obyčejní obyvatelé předžaludků domácích hospodářských zvířat. Je možné, že zapáchající
močůvkové jámy u kravínů se díky těmto pokusům stanou minulostí. Místo nich by u farem mohly stát
obrovské palivové články zásobující venkov levným elektrickým proudem.
Demonstrační skleněný (funkční) palivový
článek ve kterém lze pozorovat proces během
kterého mikroby z odpadních produktů vyrábí
elektrický proud
27
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Minielektrárna na mořskou vodu
(4. 12. 2007 www.novinky.cz)
Norská firma Statkraft se rozhodla postavit jako první na světě minielektrárnu, která bude využívat
mořskou vodu. Informovala o tom agentura AFP. Prototyp elektrárny na ekologicky čistou osmotickou
energii by měl stát v Oslu již příští rok. Tento typ energie by podle jejích propagátorů mohl teoreticky v
budoucnu ve světovém měřítku zajišťovat 1600 TWh, což je polovina současné energetické spotřeby
v Evropě. „Je to zcela bez emisí oxidu uhličitého," vysvětluje vysoký představitel Statkraftu Jon
Dugstad. „Pouze se zde mísí sladká voda s vodou mořskou v dokonale přirozeném procesu, který se
uskutečňuje všude, kde řeky vtékají do moří, dodává.“
Při výrobě osmotické energie se využívá rozdílu koncentrace mezi dvěma kapalinami: jestliže se dvě
masy filtrované vody, z nichž jedna je slaná a druhá sladká, oddělí polopropustnou membránou, pak
voda, která má nižší koncentraci, přirozeně putuje k vodě s vyšší koncentrací. Přebytek tlaku na
slanou vodu může být prostřednictvím turbíny přeměněn na energii. Podle Statkraftu by mohla být
osmotická energie konkurenceschopná kolem roku 2015. Za nejslibnější trhy jsou považovány
Evropa, Severní Amerika, Jihoafrická republika a některé regiony Latinské Ameriky.
Hlavní technologický problém tkví v membráně, jejíž velikost a propustnost, umožňující sladké vodě
protékat směrem k vodě slané, aniž by se částečky soli dostávaly opačným směrem, určují množství
vyráběné energie. Statkraft uvádí,
že se mu po několika letech podařilo
Ilustrační foto:
v laboratoři dospět k toku (množství
http://www.czechtourism.com/
energie na plochu) tři watty na jeden
metr
čtvereční.
"Potřebujeme
dosáhnout pěti wattů na metr
čtvereční," soudí Statkraft. Pokud by
se zařízení na výrobu osmotické
energie, které je relativně málo
nákladné, postavilo, mělo by ještě tu
výhodu, že by zajišťovalo stabilní
produkci, což je ve srovnání s
větrnou či sluneční energií značná
přednost. Nevýhodou je naopak to,
že pro takové elektrárny je zapotřebí
určité plochy v zónách, které jsou již
obvykle hustě zastaveny, a sice na
místech, kde se řeky vlévají do
moří. Požadovaný prostor - podle
Statkraftu
odpovídající
ploše
jednoho či dvou fotbalových hřišť pro elektrárnu o výkonu 160 GWh - je však mnohem menší ve
srovnání s rozlohou parku větrných elektráren produkujících stejné množství energie.
Elektřina se dá vyrábět i úplně jinak!
(informace převzaty z článku Jana Nováka 17. 11. 2006 - www.21stoleti.cz)
Zásoby tradičních paliv valem ubývají, jiné zdroje energie však stále ještě nesplňují očekávání. Stále
se proto zkoumají nové či staronové možnosti jak získávat elektřinu. Příkladem je termofotovoltaika,
která umožňuje přímé získávání elektrické energie ze zdrojů tepla bez pomoci generátorů nebo
palivových článků.
Každý plamen vydává světlo, proč jej tedy neobklopit fotočlánky a nezískávat tak elektřinu levněji a
jednodušeji, než v klasických elektrárnách, generátorech i jiných zdrojích? Na první pohled je to
myšlenka poněkud prostoduchá a připomínající nápady Járy Cimrmana, má ale překvapivě dlouhou
historii. Vědci se jí zabývali už před půl stoletím a dnes s ní v nových podmínkách opět koketují. Zatím
málo známý princip totiž skrývá velké možnosti využití, od automobilů s alternativními pohony až po
jaderné elektrárny.
28
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Základy termofotovoltaiky (TPV) položil v 50. letech minulého století francouzský vědec Pierre Aigrain.
Princip je lákavě jednoduchý! TPV zařízení totiž obsahuje jen dvě hlavní části, tepelný emitor (pevné
těleso ohřáté spalováním na potřebnou teplotu) a fotočlánky obdobné těm, jaké pracují v solárních
panelech. V praxi se ale postup neujal, protože ztráty byly vysoké a efektivnost přeměny nízká. Zdálo
se proto, že klasická kombinace tepelného stroje s dynamem či alternátorem je mnohem výhodnější.
Nástup nových typů polovodičů a fotonických prvků dnes ale vědce opět přivedl k zájmu o
termofotovoltaiku. Na starý problém se z nového zorného úhlu podívali vědci z americké
Massachusetts Institute of Technology (MIT). Srdcem jejich generátoru je válec z wolframu, do nějž
bylo vyleptáno obrovské množství nepatrných otvorů. Uvnitř při vysoké teplotě hoří palivo, které válec
zahřívá na teplotu 1500 stupňů Kelvina (1227 °C). Jeho povrch proto vyza řuje infračervené záření.
Mezi válcem a fotodiodami je ještě zvláštní filtr, který propouští jen vybrané vlnové délky, zatímco
nepotřebný zbytek odráží zpět. Tím se zvyšuje teplota válce a zároveň účinnost celého procesu.
O TPV se intenzívně zajímají i na dalších vědeckých pracovištích USA. Jedním z nich je Western
Washington University. Jejich zařízení, které romanticky pokřtili Půlnoční slunce spaluje metan.
Výhodou TPV oproti palivovému článku je jednoduchost, oproti
generátoru se spalovacím motorem navíc absence nespolehlivých
pohyblivých dílů. TPV generátor má tichý a čistý chod, protože spalování
neprobíhá v jednotlivých explozích, jako v motoru, ale stále. Nemusí být
přitom spalována jen klasická paliva, ale i biopaliva z obnovitelných
zdrojů, například metan, líh, bioplyn a další. Ze všeho nejvíc si ale
odborníci pochvalují poměrně vysokou účinnost ve srovnání s klasickými
fotovoltaickými články. Zatímco u těch je za slušnou hodnotu
považováno 15 %, u TPV hořáku začíná u 25 % a může dosáhnout i 50 % a více (podle konstrukce,
použitého měniče, polovodiče atd.). Nevýhodou zatím je vysoká provozní teplota. "Pro vysokou
účinnost potřebujeme vysokou teplotu - zároveň ale nechceme, aby se v okolí našeho článku všechno
tavilo," říká prof. Kassakian z MIT. "Odpadní teplo se ale dá s výhodou využít, například při vytápění, v
klimatizaci apod.."První praktické využití autoři vidí v automobilech. Zpočátku by takový systém
například mohl s výhodou nahradit běžné alternátory a řešit některé problémy dieselových motorů.
Ještě víc se ale hodí jako hlavní zdroj síly pro hybridní vozy - v dalších etapách vývoje by jim mohl
posloužit jako čistý a úsporný zdroj elektrické energie. Stejně tak se ale nabízí možnost využít TPV v
klimatizačních jednotkách, při zásobování elektřinou na odlehlých místech a podobně. Nechybí ale ani
úvahy, že by mohl zcela nahradit klasické nebo jaderné elektrárny, mj. i proto, že tak lze výhodně
získávat elektřinu z biopaliv a dalších obnovitelných zdrojů.
Jinou z perspektivních možností TPV, o kterých se zatím jen uvažuje, je bezdrátový dálkový přenos
energie na velké vzdálenosti. "Vysílačem" je v takovém případě výkonný laser, přijímačem TPV
buňka.
Zvuk jako cesta k přeměně tepla na elektřinu
(informace převzaty z článku Josefa Pazdery 7. 6. 2007 - www.osel.cz)
Fyzikové z University of Utah vyvinuli malé zařízení, jež umí přeměnit teplo na zvuk a ten následně na
elektřinu. Nová technologie je příslibem nových možností využívání odpadního tepla, sluneční
energie, způsobu chlazení počítačů a kdo ví, čeho ještě.
Přeměna tepla na zvuk nic světoborného není. Umí se to už celé desetiletí. Zařízením, která to
dokáží, se říká akustické tepelné stroje. Nyní přišli vědci s nápadem, jak z tepla vyrobený randál
zužitkovat a přeměnit jej na elektrický proud. Většina zařízení k zužitkování tepla byla dosud velká,
nebo málo efektivní. Tento handicap je předem vyřazoval z použití v počítačích a jim podobných
malých přístrojích. Nejmenší tepelné akustické zařízení, které se Američanům nyní podařilo vyrobit,
má délku 1,8 mm. Pokud se tyto miniaturní stroje spojí do větších celků, jsou schopny produkovat
1 watt elektrické energie z každého centimetru krychlového objemu využitého prostoru. Profesor
Symko je přesvědčen, že tyto prvky bude možno spojovat a ve formě prefabrikovaných buněk z nich
sestavovat nový typ solárních panelů. Vědec chce do roka také vyřešit spojování jednotlivých
miniaturních zařízení do větších celků a zahájit jejich hromadnou výrobu.
Několik technických údajů: stroji o délce necelé čtyři centimetry a šířce něco málo přes jeden
centimetr, stačí k produkci zvuku teplotní rozdíl mezi studenou a teplou částí výměníku jen 32 stupňů
29
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Celsia. Některé stroje produkují zvuk, jež dosahuje hladiny 135 decibelů. To je více, než vydává
pneumatické kladivo.
Zvyšováním tlaku v rezonátoru lze ze stejného zařízení dostat více rámusu a tím také více elektřiny.
Pokud rezonátor pracuje se zvýšeným tlakem, stačí menší teplotní rozdíl k tomu, aby zařízení začalo
pracovat a rozezvučelo se. To je velmi podstatné zjištění, především pro výrobce elektroniky, protože
počítače a jim podobné přístroje, většinou produkují jen malé množství odpadního tepla. Podle autora
objevu ale i notebooky produkují dost tepla na to, aby se toto zařízení využilo k jejich chlazení a tím i
jako zdroj dodatečného proudu. Aby mohlo dojít k efektivní přeměně zvuku na elektřinu, musí být
jednotlivá zařízení párována.To proto, aby produkované zvukové vlny byly o stejné frekvenci a aby
vibrace byly synchronní.
Profesor Orest Symko předvádí, jak teplo z
plynového hořáku, je-li nasměrováno na přepážku
v trubici, přemění se na zvuk.
(Credit: University of Utah)
Nejnovější výzkum těchto strojů ukázal, že na výkon zařízení má významný vliv tvar rezonátoru.
Pokud má zařízení tvar kruhový, je dvakrát tak efektivní, než když je rezonátor obyčejná rovná trubka.
To je dáno tím, že tlak a rychlost proudění vzduchu v kruhově tvarovaném prostoru je většinou
synchronní.
Na výzkumném projektu se pod vedením profesora Symko podílí také studenti. Jedné ze studentek se
podařilo vytvořit tak malé zařízení, že je jen o polovinu širší, než je tlouštka mince zvané americký
cent. Výkon tohoto miniaturního stroje je přesto obdivuhodný. Po zahřátí produkuje zvuk o síle 120
decibelů! To je zvuk, jakým ječí sirény a nebo pro který si chodíme na rockové koncerty. Je to jedno z
nejmenších termoakustických zařízení, které kdy bylo vyrobeno a to zřejmě ještě není konečná
hranice. Nicotné rozměry a vysoký výkon otevírají těmto strojům cestu k jejich masové produkci a k
jejich širokému využití. Někteří fyzikové hovoří o technologii vysoce efektivních elektráren,
automobilech, jejichž chladiče vyrábí proud, elektrických přístrojích zužitkovávajících i ta nejmenší
množství odpadního tepla, o nové generaci solárních článků...
Záchrana světa? Vana vody a fyzika
28. 11. 2006 Josef Tuček (www.aktuálně.cz)
Tak rozsáhlý a současně významný vědecký experiment svět ještě nezažil. Pokud vyjde, skončí
starosti, kde brát čistou energii. Vezměte lithium z jedné baterie pro přenosný počítač. K tomu přidejte
těžký vodík z vody, která naplní asi půlku vany. A máte suroviny pro výrobu takového množství
elektřiny, které stačí jednomu obyvateli Evropy na třicet roků. Teď ovšem přichází to podstatné.
Energii je nutné získat v termojaderném, neboli fúzním reaktoru. Není to žádná žhavá novinka; na
tomto principu už miliardy let "vyrábějí" svoji obrovskou energii hvězdy, včetně našeho Slunce.
Jenomže lidé to zatím neumějí, i když se o to pokoušejí už od padesátých let minulého století.
Malé připomenutí hodin fyziky: V reaktoru současné jaderné elektrárny se pod nárazy neutronů
rozbíjejí velká atomová jádra, obvykle uranu, a vzniká energie. Při fúzní reakci, o které je nyní řeč, se
naopak malá jádra vodíku slučují na těžší hélium, a při tom se uvolňuje energie. Vědci ještě
30
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
nedokážou používat běžný, lehký vodík, ale potřebují jeho těžší varianty (izotopy) - deuterium a
tritium. První se dá získat přímo z vody, druhý se obvykle vyrábí bombardováním lithia neutrony v
jaderném reaktoru.
Termojaderná fúze tedy nabízí světlé zítřky ozářené dostupnou energií. Minulý týden proto podepsali
v Paříži zástupci Evropské unie a dalších šesti států poslední fázi dohody, která by měla vést ke
stavbě zatím největšího fúzního reaktoru na světě. Bude se jmenovat ITER, což je jednak zkratka z
anglického názvu Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor, a také slovo, které v latině
znamená cesta. Bude stát v Cadarachi poblíž Marseille, stavba přijde na pět miliard eur, další provoz
někdy do roku 2040 pak pohltí stejnou částku. Největší kus z této sumy zaplatí Evropská unie, o
zbytek se podělí další účastníci: USA, Rusko, Japonsko, Čína, Jižní Korea a Indie.Tolik alespoň říkají
plány. Takto drahé projekty se však s původním rozpočtem zpravidla nespokojí...
Mezinárodní
experimentální
reaktor
ITER,
budovaný ve Francii, má prokázat, jestli je možné
získávat na Zemi energii z vodíku stejně, jako se
do děje ve Slunci.
Autor: ITER
ITER stále ještě nebude vyrábět energii pro komerční využití. Je to obří experiment, při němž světoví
vědci a technici vyzkoušejí, jak vodíkové palivo, rozpálené na milióny stupňů, udržet v magnetickém
poli, aby nepřišlo do kontaktu se stěnami reaktoru a nepropálilo je. Když se vše podaří, mohou se
fúzní reaktory, které už tentokrát budou vyrábět energii pro komerční využití, začít stavět nejdříve
někdy po roce 2040. Je to tedy hodně ambiciózní, dlouhodobý plán mezinárodní vědecké spolupráce,
rozsahem srovnatelný pouze s Mezinárodní vesmírnou stanicí (jejíž základní verze teď krouží kolem
zeměkoule a čeká, až se podaří ji definitivně dostavět). Ovšem ITER je svým praktickým dosahem
ještě významnější: energii bude potřebovat úplně každý člověk na Zemi.
Česká republika se na projektu podílí nejen "z povinnosti", jako člen Evropské unie. Už teď na
přípravách pracují i čeští vědci. Zkoumají materiály pro stěny reaktoru a připravují konstrukci přístrojů
pro měření magnetického pole uvnitř. Projekt určitě nečeká lehký život. Může se ukázat, že lidská
technika jej nedokáže úspěšně dokončit. Stejně tak jej mohou ohrozit politické vlivy: stačí, aby se v
některé ze zúčastněných zemí změnila vláda, přestala stavbu a provoz financovat a začne další
nekonečné vyjednávání o tom, kdo ze zbylých stran výpadek zaplatí. Na konci cesty zvané ITER je
však velká naděje, že svět dorazí k nevyčerpatelnému zdroji energie (a zúčastněné státy budou nové
technologie prodávat těm ostatním). Což stojí za finanční riziko.
31
NOVÉ TRENDY V ENERGETICE 2
LEDEN 2008
Auto na vzduch blíž realitě
(informace převzaty z článku Jana Horčíka, 23. 3. 2007 - www.hybrid.cz )
Vozidlo poháněné vzduchem
TATA MiniC.A.T.
O automobilu na vzduch od francouzské firmy MDI jsme již psali v 1. díle nových trendů.
Nyní se zdá, že auto na vzduch se konečně přesune do masové výroby - MDI se totiž dohodla s
indickou automobilkou Tata, která hodlá auto na vzduch označované jako MiniC.A.T. začít vyrábět.
MiniC.A.T. je malé městské auto poháněné stlačeným vzduchem. Je velmi levné, vyráběné z důrazem
na cenu a ekologii, nulové emise, tichý chod, a přesto je vybaveno pokročilými technologiemi.
Centrální výpočetní jednotka řídí chod automobilu, ale navíc dokáže díky externím systémům
například rozpoznávat hlas, připojovat se na internet, telefonovat, fungovat jako GPS a tak dále.
V automobilu téměř nejsou dráty, vše je provedené bezdrátově. Namísto klíčků slouží karta. Náklady
na provoz jsou zhruba jedno euro na 100 km, tedy desetina toho, co spotřebuje běžný benzinový
automobil. Dojezd auta na vzduch je 200 až 300 km nebo 10 hodin jízdy, což pro běžný pohyb po
městě úplně stačí. Ekologové mohou jásat. Naplnění auta probíhá na specializovaných čerpacích
stanicích a trvá asi dvě až tři minuty, případně je možné auto nabít malým kompresorem přímo na
palubě, který se zapojí do zásuvky 220V nebo 380V. To však trvá tři až čtyři hodiny. Výměna oleje je
díky absenci spalování potřeba přibližně jednou za 50 000 km. V současné době je cena MDI
MiniC.A.T. stanovena na 5500 liber, tedy zhruba 220 000 Kč. Továrna by měla vyrábět asi 3000 kusů
automobilů za rok.
32